Šifrování: Typy a algoritmy. Co to je a který typ šifrování je lepší?

V dnešní digitální době je zajištění bezpečnosti a důvěrnosti informací nesmírně důležité. Klíčovou roli při dosahování tohoto cíle hraje šifrování, které umožňuje převést data do nečitelného formátu a zpřístupnit je pouze oprávněným osobám. Proces šifrování zahrnuje použití kryptografických klíčů a matematických algoritmů.

V tomto článku se budeme zabývat třemi hlavními typy šifrování: symetrickým, asymetrickým a hybridním šifrováním. Začněme symetrickým šifrováním.

Symetrické šifrování

Symetrické šifrování , jak název napovídá, používá jeden kryptografický klíč pro šifrování i dešifrování. Díky snadnému použití jediného klíče je celý proces jednoduchý. Pro pochopení podstaty symetrického šifrování si vezměte následující příklad:

Představte si dva blízké přátele Antona a Alici, kteří žijí v Kyjevě. Alice je kvůli jistým okolnostem nucena odstěhovat se z města. Jediným komunikačním prostředkem, který mají, je pošta. Obávají se však, že jejich dopisy mohou zachytit a přečíst cizí lidé.

Anton a Alice se v zájmu zabezpečení své korespondence rozhodnou své zprávy šifrovat. Dohodnou se na jednoduché šifrovací technice: posunou každé písmeno v abecedě o sedm pozic níže. Například slovo “Apple” bude zapsáno jako “hwwsl” (A -> H, P -> W, L -> S, E -> L). Chcete-li zprávu dešifrovat, musíte postup obrátit a každé písmeno posunout o sedm pozic zpět. Tato šifrovací technika připomíná starověkou “Caesarovu šifru”, kterou slavně používal římský císař a vojevůdce Gaius Julius Caesar.

Výhody symetrického šifrování

Symetrické šifrování má značné výhody, především v jednoduchosti. Použití jediného klíče pro šifrování a dešifrování zjednodušuje celý proces. Navíc při šifrování velkého množství dat se symetrické šifrování ukazuje jako efektivní volba. Mezi další výhody patří:

• Rychlost: Symetrické šifrovací algoritmy jsou mnohem rychlejší než jejich asymetrické protějšky, o kterých si povíme později.
• Výpočetnívýkon: Výpočetní prostředky potřebné pro symetrické šifrování jsou relativně nižší.
• Minimální dopad na rychlost internetu: symetrické šifrování nemá významný dopad na rychlost přenosu dat přes internet.

Tři oblíbené symetrické šifrovací algoritmy

Ačkoli Caesarova šifra představuje elementární přístup k symetrickému šifrování, moderní šifrovací metody jsou založeny na složitých matematických funkcích, které je velmi obtížné prolomit. Symetrických šifrovacích algoritmů existuje celá řada, my se však zaměříme na tři nejčastěji používané:

1. AES (Advanced Encryption Standard): AES je považován za jeden z nejbezpečnějších symetrických šifrovacích algoritmů. Nahradil zastaralý algoritmus DES (o kterém si povíme později) a nabízí silné šifrovací schopnosti. AES pracuje se 128bitovými bloky dat pomocí klíče proměnné délky (obvykle 128, 192 nebo 256 bitů).
2. DES (Data Encryption Standard): DES byl představen v roce 1976 společností IBM a byl první široce používanou symetrickou šifrovací metodou. Původně byla vyvinuta k ochraně citlivých vládních informací a v roce 1977 se stala oficiálním šifrovacím standardem pro americké federální úřady. DES rozděluje data otevřeného textu do 64bitových bloků a v 16 cyklech aplikuje různé šifrovací procesy, čímž na výstupu vytváří 64bitové bloky šifrového textu. Kvůli krátké délce klíče byl však DES v roce 2005 prohlášen za zastaralý a nahrazen systémem AES.
3. 3DES (Triple Data Encryption Standard ): 3DES je vylepšením DES a na každý blok dat aplikuje algoritmus DES třikrát za sebou. Tento proces výrazně zvyšuje sílu šifrování. Přestože 3DES poskytuje vyšší zabezpečení než DES, je pomalejší a méně efektivní než AES, a proto se v moderních aplikacích používá méně často.

Za zmínku stojí, že široce používaný protokol TLS 1.2 nepoužívá šifrovací metodu DES kvůli její zranitelnosti.

Asymetrické šifrování

Zatímco symetrické šifrování používá pro šifrování a dešifrování jediný klíč, asymetrické šifrování používá složitější přístup – několik matematicky propojených klíčů. Tento typ šifrování se také nazývá kryptografie s veřejným klíčem a zahrnuje “veřejný klíč” a “soukromý klíč”.

Symetrické šifrování se Alici a Antonovi osvědčilo, když si potřebovali vyměňovat informace mezi sebou. Pokud však chce Anton bezpečně komunikovat s velkým počtem lidí, je použití různých klíčů pro každou osobu nepraktické a nepohodlné.

K vyřešení tohoto problému používá Anton šifrování pomocí veřejného klíče. Při této metodě Anton rozdá svůj veřejný klíč každému, kdo mu chce poslat informace, a svůj soukromý klíč uchová v tajnosti. Dá ostatním pokyn, aby data zašifrovali jeho veřejným klíčem, čímž zajistí, že je bude možné dešifrovat pouze jeho soukromým klíčem. Tento přístup eliminuje riziko kompromitace soukromého klíče, protože data lze dešifrovat pouze pomocí Antonova soukromého klíče.

Výhody asymetrického šifrování

Asymetrické šifrování má řadu výhod, počínaje zvýšenou bezpečností. Při této metodě se k šifrování dat používá veřejný klíč, který je veřejně dostupný, a k dešifrování se používá odpovídající soukromý klíč. Tím je zajištěno, že data zůstanou chráněna před potenciálními útoky typu MiTM (man-in-the-middle). Pro webové a e-mailové servery, které komunikují s velkým počtem klientů, je navíc efektivnější spravovat a chránit pouze jeden klíč. Asymetrické šifrování navíc umožňuje navazovat šifrovaná spojení bez nutnosti offline výměny klíčů, což celý proces zjednodušuje.

Další důležitou funkcí asymetrického šifrování je ověřování. Šifrování dat veřejným klíčem příjemce zajišťuje, že data může dešifrovat a přistupovat k nim pouze zamýšlený příjemce, který má odpovídající soukromý klíč. Tento ověřovací mechanismus potvrzuje totožnost osoby nebo organizace, se kterou osoba komunikuje nebo si vyměňuje informace.

Asymetrický šifrovací algoritmus RSA (Rivest-Shamir-Adleman)

Algoritmus RSA, který v roce 1977 vynalezli vědci z MIT Ron Rivest, Adi Shamir a Leonard Adleman, je nejrozšířenějším asymetrickým šifrovacím algoritmem. Jeho účinnost spočívá v konceptu “jednoduché faktorizace”. RSA spočívá ve výběru dvou různých náhodných prvočísel dané velikosti, například 1024 bitů, a jejich vynásobení, čímž vznikne velké číslo. Úkolem je z tohoto vynásobeného výsledku určit původní prvočíslo. Vyřešení této hádanky je prakticky nemožné pro moderní superpočítače, natož pro lidské výpočty.

Ve studii provedené v roce 2010 strávila skupina dobrovolníků více než 1500 let výpočetního času na stovkách počítačů, aby prolomila 768bitový klíč RSA, což je mnohem méně než současný standard 2048bitových klíčů.

Výhodou šifrování RSA je jeho škálovatelnost , protože délka klíče se může měnit: 768bitový, 1024bitový, 2048bitový, 4096bitový atd. Díky jednoduchosti a přizpůsobivosti se algoritmus RSA stal hlavním asymetrickým šifrovacím algoritmem pro řadu aplikací, včetně certifikátů SSL/TLS, kryptoměn a šifrování e-mailů.

Hybridní šifrování

Přestože asymetrické šifrovací algoritmy, jako jsou RSA a ECC, poskytují silné zabezpečení a autentizaci, mají svá omezení. Symetrické šifrování je naopak rychlé a účinné, ale chybí mu možnost ověřit pravost. Pro řešení těchto problémů a vytvoření synergie šifrovacích systémů vznikl koncept hybridního šifrování, který využívá výhod symetrického a asymetrického šifrování.

Hybridní šifrování v certifikátech SSL/TLS:

Hybridní šifrování není jediná metoda, ale spíše kombinace symetrických a asymetrických metod šifrování. Široce se používá v certifikátech SSL/TLS během procesu TLS handshake, který navazuje bezpečné spojení mezi servery a klienty (webovými prohlížeči).

Předávání protokolu TLS začíná ověřením identity obou stran pomocí soukromého a veřejného klíče. Po potvrzení identity se data přenášejí pomocí symetrického šifrování a efemérního klíče (klíče relace). To umožňuje rychlou výměnu velkého množství dat online.

Výhody hybridního šifrování

Hybridní šifrování nabízí praktické řešení, které překonává nedostatky jednotlivých metod šifrování. Díky použití symetrického šifrování pro přenos dat umožňuje rychlou a efektivní komunikaci. Asymetrické šifrování zároveň poskytuje nezbytné ověření identity, čímž zajišťuje bezpečnou interakci mezi stranami.

Mezi výhody hybridního šifrování patří:

• Rychlost a efektivita: Symetrické šifrování díky své schopnosti rychle šifrovat velké objemy dat urychluje procesy šifrování a dešifrování a zajišťuje rychlý přenos dat.
• Ověřování: Asymetrické šifrování zajišťuje, že zamýšlený příjemce má přístup k zašifrovaným datům, a to ověřením totožnosti obou stran zapojených do komunikace.
• Hybridní šifrování zajišťuje rovnováhu tím, že umožňuje bezpečnou a efektivní výměnu dat v různých scénářích. Je široce používáno v oblastech, jako jsou certifikáty SSL/TLS, šifrování e-mailů a bezpečné komunikační protokoly.

Srovnání symetrických a asymetrických metod šifrování

Na otázku, který typ šifrování je nejlepší , neexistuje jediná odpověď. Volba závisí na konkrétních požadavcích a okolnostech v každé situaci. Podívejme se na výhody symetrického a asymetrického šifrování a uveďme je ve srovnávací tabulce.

Závěrem lze říci, že volba mezi symetrickým a asymetrickým šifrováním závisí na konkrétních požadavcích každého scénáře. Symetrické šifrování je vysoce účinné a efektivní při šifrování velkého množství dat. Asymetrické šifrování naproti tomu umožňuje ověřování pravosti a identity. Přístup hybridního šifrování kombinuje to nejlepší z obou světů a nabízí robustní řešení, které se široce používá v certifikátech SSL a dalších aplikacích vyžadujících bezpečný přenos dat.

Přečtěte si také:

• Co je to certifikát SSL a proč byste si ho měli nainstalovat
• Co je to HTTP a HTTPS a jaký to má vliv na vaše webové stránky?
• Jak získat certifikát SSL zdarma

Otázky a odpovědi o šifrování